浅谈地震地区滨河泵站地基处理
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摘要 :本人在海城市水资源水工程管理处做泵站、水库管理工作，经常接触工程维修问题，对1975年海城大地震给泵站造成的破坏，引发一些思考。发现泵站震损程度与地基处理密切相关。有几座泵站已经报废重建，许多泵站几经维修，仍不能正常运行。现浅谈海城市滨河泵站地基处理，期望能对今后泵站的设计有点参考作用。
关键词:滨河泵站;地区地区;地基处理
中图分类号： TU441 文献标识码： A
1海城市泵站建设及地基处理概况
海城市位于辽宁省中南部，西部地区处于大辽河、浑河、太子河三条大型河流的下梢，地势低洼，轻碱地多。为了解决几十万亩易涝耕地排涝和十几万亩水田灌溉，从1960年到1975年地震前，这里先后兴建了38座大、中、小型电力排水（排灌）泵站。其中有十座建在三大河流两岸，二十八座分布在本市七条中小河流两岸。在三大河流沿岸，覆盖地面的耕地土层只有2至3米厚，下卧土层便是细砂层，由于地下水埋藏深度很浅，细砂层都处于饱水状态，滨河而建的泵站就直接座落在饱和的细砂地基上，地基处理难度较大，需要资金较多。分布在七条中小河流上的中、小型泵站，地基多是壤土、砂壤土，地基处理相对容易，造价也低。
泵站的地基处理，大致分为三种类型。
第一种类型：用钢筋混凝土板桩加固细砂地基。共有两座泵站属于这种类型，但它们的具体作法又不一样。
东小姐庙排水站。它位于望台镇东小姐庙村，太子河左岸，安装6台28ZLB-70水泵机组，大型排水泵站。加固细砂地基的办法是用钢筋混凝土板桩，把主厂房平面投影四周边线围封起来，板桩的长度5.5米；另外在封闭板桩的顶部，用厚180厘米的钢筋混凝土板（即厂房的底板）整体封盖压顶。
另一座用钢筋混凝土板桩来加固厂房下面的细砂地基的泵站是下坎子排灌站。它位于西四镇下坎子村，大辽河左岸，是安装8台28ZLB-70水站机组的大型电力排灌两用泵站。它将厂房的地基、基础与上部结构三者统一考虑，采用双排井柱排架式结构，在厂房面平面投影的前池侧边线上打9根井柱，间距3米。地基处理：在前后两排承重井柱的柱间布满深度为3米的钢筋混凝土板桩，形成两道防渗帷幕；同时在水泵池底高程上浇注厚30厘米厚的钢筋混凝土板桩封盖地基细砂。详见图1所示。
第二种类型：用井柱作为厂房的支撑结构，井柱升高至电机层楼板高程，用以支承电机层楼板主、次梁和面板，在水泵层高程处，同样建立水泵层楼板梁系统，形成了整个厂房的排架式结构。而在水泵池底用现浇钢筋混凝土板封压地基细砂。这种类型的泵站又可分三种情况。举例如下：
例1、三角形井柱排架式厂房。1971年建成的杨家排水站采用这种厂房结构。该站位于温香镇南部，浑河左岸，安装6台28ZLB-70水泵机组，大型站。平面布置情况如图2所示。图中表示井柱表示水泵机组。
第三种类型，就是利用天然地基。这类泵站，在开挖基坑后，做好施工排水，用10厘米厚的混凝土做垫层，然后浇注底板并建墩墙式或排架式厂房。本文对此类泵站，不做深入描述。
2 滨河泵站在1975年海城大地震中的震损概况
1975发生的海城大地震，震级7.3级。西部群泵站区距震中40公里至80公里，地震烈度8～6度。本市的38座泵站共有26座受到明显震害。泵站群震害的特点，一是震害程度与地基的土壤性质密切相关，建在非砂土地基上的泵站，震害较轻，而建在砂基特别是细砂地基上的泵站震害较重；二是震害程度与厂房结构形式密切相关，凡采用井柱排架结构的，无论单排井柱、双排井柱还是三角形井柱的结构，百分之百严重震损，而其他形式的厂房，震损程度相对较轻，有12座泵站，几乎没有损害。
在三大河流沿岸建设的泵站，由于地基是细砂、地下水位又高，一般来说震损情况普遍严重，但由于地基处理情况的不同，有个别泵站却损害很轻，下面分别典型介绍：
例1、地基处理方法为封闭板桩加大底板封盖的东小姐庙排水站，“在地震中主体厂房安然无恙，只有压力池的底板上有两道裂纹，侧墙上的6条沉陷缝处，止水铁皮被拉宽1-2厘米。”
例2、地基处理为两道帷幕板桩并采用双排井柱排架结构的下坎子排灌站。“地震中，前排的九根井桩普遍被拔起，拔起高度45厘米；后排的九根井桩也普遍被拔起，拔起高度35厘米；主、副厂房整体向压力池方向倾斜，倾斜幅度20厘米，便水泵机组的机轴与泵轴不能同心，运转受阻；电机层的梁系及楼板裂缝多处；集水池的底板上多处裂缝，从裂缝处翻砂冒水。压力池和前池也受到多项较重震损。”
3 浅谈地震地区细砂地基泵站的地基处理
滨河泵站，作为水工建筑物，在进行地基设计时，应遵循规定程序和要求。在前期工作中，要把地基设计摆在头等重要的地位。选定站址之后，首先搞好地基勘探工作，通过取样试验及有关调查，弄清建站区域工程地质和水文地质情况；地层分布及各层土壤性质指标；整理出一套可供设计依据的资料数据。其次要编制出两个以上的地基处理设计方案，并进行方案的比较与选择。确定究竟采用天然地基，还是人工加固地基。如采用人工加固地基，究竟采用何种加固方法，通过论证，选定一个技术上合理、经济上适宜的方案。方案论证阶段，应当把地基、基础、上部结构三者作为一个整体来考虑。上部结构看得见、实用，但基础和地基是隐蔽在地表以下，一旦发生问题却不易处理，更应该设计得更妥当。第三，地基设计方案确定后，就要模拟分析计算，保证地基处理后整个泵站的稳定性。务使在所有荷载的作用下整个泵房不滑动、不倾斜；对基土的压力不超过地基允许承载力；整个泵房的沉降和沉降差不超过允许值；在渗透力作用下有足够的稳定性；并且具有抵抗剪切破坏的稳定性。
在确定采用打封闭板桩来防止砂土液化对泵站的危害时，必须分析计算出地基砂土可能发生液化的深度。解决这个问题有两个途径可以遵循。一是利用国家工业与民用建筑抗震设计规范《TJ11-78》中的规定：当建筑物地基在地表下15米深度内有饱和砂层时，可用标准贯入试验，鉴定地基在地震时是否可能液化。另一途径是利用国家砂土液化考查小组的经验数据。1975年海城大地震时，国家砂土液化考查小组曾经来海城震区考查。经过现场试验，按照裂度、土的类型、密度和有效覆盖压力，提出预测液化的界限值。
两站均处于1975年大地震地震烈度的7度区，利用国家砂土液化考查小组的报告，可查出液化可能达到的深度为10米。东小姐庙泵站厂房基础埋置深度5.2米，封闭板桩长度5.5米。这就说明该站的工程措施，既符合了伊万诺夫和黄文熙的理论又满足液化预测深度的要求，所以该站经受住了1975年海城大地震的考验。下坎泵站，厂房基础埋深4.8米，帷幕板桩长度3米，比地震烈度7度区的预测深度10米，吊高2.2米，并且板桩的布置只在上、下游两面，并非四周封闭。因此，地震中遭到严重的震损。
单排井柱排架式结构、双排井柱双排架式结构和三角形井柱排架结构，都是人工加固地基的深基础形式，都是把上部结构、基础和地基三者作为一个整体来考虑的经济合理的设计。在地震中遭到重创的根本原因是它们的井柱都没有支撑在砂层下面的坚实土层上，而是按照摩擦桩的理念来计算确定井柱的长度。这样，在地震发生时，饱和细砂液化，丧失了抗剪强度。井柱瞬间丧失了支承上部结构重所需要的摩擦力。如此看来，地震地区在滨河一带细砂地基上修建泵站，还是不要采用这种靠摩擦力支承的井柱结构为妥。
参考文献
[1] 海城县水利管理站《海城县排水（灌）站震害登记表》。1975年5月.
[2] 国家砂土液化考查小组《海城地震砂土液化考查报告》。1975年7月.
[3] 武汉水利电力学院冯国栋主编《土力学》1986年5月.
[4] 黄河水利学校教材《工程地质与土力学》1979年11月版.